CN203858478U - 通用于大功率储能变流器和光伏逆变器的控制单元 - Google Patents
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Abstract
本实用新型公开了通用于大功率储能变流器和光伏逆变器的控制单元，包含主控制板、模拟量板和接口。主控制板包含定点主DSP、浮点协DSP、FPGA、双口RAM、通信接口单元，还包含分别与FPGA连接的模数转换器、光脉冲触发器以及开入开出单元，定点主DSP连接通信接口单元，定点主DSP分别经FPGA和双口RAM与浮点协DSP连接。模拟量板包含模拟信号处理单元，模拟信号处理单元经接口分别与FPGA和模数转换器连接。本实用新型采用双核架构，运算能力强，可靠性高。
Description
技术领域
本实用新型属于储能和新能源发电技术领域，特别涉及了通用于大功率储能变流器和光伏逆变器的控制单元。
背景技术
大功率储能变流器和光伏逆变器广泛应用于新能源发电系统，尤其是分布式电源和微电网系统中。储能变流器主要用于各种储能元件，如化学电池、超级电容等与电网的连接，进行能量的双向流动和功率控制。光伏逆变器主要用于把光伏组件发出的电能转换为电网可以接受的能源形式送入电网。控制单元作为大功率储能变流器和光伏逆变器的控制大脑，负责系统的数据采集、算法运算、控制脉冲输出 、开关逻辑控制、对外通信等系统功能的实现，直接关系到变流器的控制品质以及系统可靠性。
目前大部分厂家的大功率储能变流器和光伏逆变器控制单元采用单CPU控制，电脉冲触发，存在控制功能太过集中、运算能力不强、可靠性不高、缺乏通用性等问题。
实用新型内容
为了解决上述背景技术存在的问题，本实用新型旨在提供通用于大功率储能变流器和光伏逆变器的控制单元，采用双核架构，运算能力强，可靠性高。
为了实现上述技术目的，本实用新型的技术方案为：
通用于大功率储能变流器和光伏逆变器的控制单元，包含主控制板、模拟量板和接口，所述主控制板包含定点主DSP、浮点协DSP、FPGA、双口RAM、通信接口单元，还包含分别与FPGA连接的模数转换器、光脉冲触发器以及开入开出单元，所述定点主DSP连接通信接口单元，定点主DSP分别经FPGA和双口RAM与浮点协DSP连接；所述模拟量板包含模拟信号处理单元，模拟信号处理单元经接口分别与FPGA和模数转换器连接。
其中，上述模拟量板还包含第一电源变换单元，第一电源变换单元连接电源，主控制板还包含第二电源变换单元，第一电源变换单元为模拟量板供电并通过接口与第二电源变换单元连接，第二电源变换单元为主控制板供电。
其中，上述通信接口单元包含分别与定点主DSP连接的CAN总线接口、以太网接口、RS485接口。
其中，上述定点主DSP还分别连接了第一单口RAM和串行通用接口，浮点协DSP还分别连接了第二单口RAM和Flash存储器。
采用上述技术方案带来的有益效果是：
1、本实用新型采用定点主DSP和浮点协DSP两个处理器，运算能力强，功能划分明确，便于系统升级。采用光脉冲触发器实现FPGA与变流器功率单元之间的通信，通信距离远，不易受干扰，可靠性高；
2、本实用新型采用模拟信号处理单元可以进行PT、CT、霍尔、温度等信号的处理，并把处理好的信号通过板间接口送给模数转换器，通用性强，可满足各种型号大功率储能变流器和光伏逆变器的需求；
3、本实用新型同时具有CAN总线、RS485、以太网等接口，并且可以根据实际需要进行扩展，可以与外部系统进行多种方式的数据交换，接口丰富，通用性强，满足用户的多样化需求。
附图说明
图1是本实用新型的主控制板结构示意图。
图2是本实用新型的模拟量板结构示意图。
图3是本实用新型的模拟信号处理单元结构图。
图4是本实用新型的开入开出单元结构图。
图4中主要标号说明：R1～R5：第一～第五电阻，C1、C2：第一、第二电容，D1、D2：第一、第二二极管，D3：稳压管，V1：三极管，OH：光耦合器，RY：继电器，TVS：瞬态抑制二极管。
具体实施方式
以下将结合附图，对本实用新型的技术方案进行详细说明。
通用于大功率储能变流器和光伏逆变器的控制单元，包含主控制板、模拟量板和接口。
如图1所示本实用新型的主控制板结构示意图，主控制板包含定点主DSP、浮点协DSP、FPGA、双口RAM、通信接口单元，还包含分别与FPGA连接的模数转换器、光脉冲触发器以及开入开出单元，所述定点主DSP连接通信接口单元，定点主DSP分别经FPGA和双口RAM与浮点协DSP连接。如图2所示本实用新型的模拟量板结构示意图，模拟量板包含模拟信号处理单元，模拟信号处理单元经接口分别与FPGA和模数转换器连接。
如图3所示本实用新型的模拟信号处理单元结构图，模拟信号处理单元包含依次连接的采样电阻、共模滤波电感、TVS、阻容滤波电路和隔离运算放大器，隔离运算放大器的输出端经箝位和滤波电路与比例调节电路连接，隔离运算放大器的输出端还经绝对值电路与比较器的输入端连接，比较器的输出端连接整形电路。采样电阻采集PT、CT、霍尔、温度等信号，并将这些信号依次经共模滤波电感、TVS、阻容滤波电路、隔离运算放大器、箝位和滤波电路以及比例调节电路后生成模拟量信号，还将些信号依次经共模滤波电感、TVS、阻容滤波电路、隔离运算放大器、绝对值电路、比较器以及整形电路后生成硬件保护信号。
如图4所示本实用新型的开入开出单元结构图，开入开出单元包含开入单元和开出单元，开入单元包含第一输入端、第二输入端、第一二极管D1、瞬态抑制二极管TVS、第一电阻R1、第二电阻R2、第一电容C1、稳压管D3、光耦合器OH以及整形电路，所述第一二极管D1的阳极连接第一输入端，它的阴极经第一电阻与稳压管D3的阴极连接，稳压管D3的阳极连接光耦合器OH中LED的阳极，LED的阴极连接第二输入端，第一电容C1的两端分别连接稳压管D3的阴极和第二输入端，第二电阻R2与第一电容C1并联，瞬态抑制二极管TVS的阴极连接第一二极管D1的阴极，瞬态抑制二极管TVS的阳极连接第二输入端，光耦合器OH的输出端经整形电路与FPGA连接。开出单元包含继电器RY、第二二极管D2、三极管V1、第二电容C2、第三～第五电阻，FPGA经第三电阻分别连接三极管V1的基极和第四电阻R4的一端，第四电阻R4的另一端和三极管V1的发射极均接地，第二电容C2与第四电阻R4并联。三极管V1的集电极经第五电阻R5分别与继电器RY线圈的一端和第二二极管D2的阳极连接，继电器RY线圈的另一端分别连接第二二极管D2的阴极和15V电压。
在本实施例中，模拟量板还包含第一电源变换单元，主控制板还包含第二电源变换单元，第一电源变换单元与24V电源连接并将24V电压转换为5V和15V的电压，转换生成的5V电压和15V电压为模拟信号处理单元中的各器件供电并通过接口为模数转换器、开入开出单元供电，且第一电源变换单元经接口与第二变换单元连接，第二变换单元将5V电压转化为1.2V和3.3V为DSP和FPGA供电。
在本实施例中，通信接口单元包含分别与定点主DSP连接的CAN总线接口、以太网接口、RS485接口。定点主DSP还分别连接了第一单口RAM和串行通用接口，浮点协DSP还分别连接了第二单口RAM和Flash存储器。
本实施例的工作原理为：
定点主DSP与浮点协DSP在得电后完成初始化，其地址线、片选以及读写控制信号分别通过FPGA进行地址解码、对外部电路的片选以及时序控制。浮点协DSP根据FPGA采集的数字信号，并从双口RAM读取定点主DSP的控制命令、参数设定等，产生PWM脉冲并传送给FPGA， FPGA对PWM脉冲进行死区和最小脉宽等逻辑处理后传送给光脉冲触发器，光脉冲触发器将PWM脉冲转化为光信号并将该光信号传送给变流器的功率单元，实现变流器的实时控制。同时，开入单元对功率单元传来的故障信号进行光耦隔离和电平变换后送给FPGA，FPGA根据接收到的故障信息进行实时的硬件保护。
模拟信号处理单元将接收的PT、CT、霍尔、温度等信号进通过一系列处理后生成模拟量信号，并将接收到的PT、CT、霍尔、温度等信号通过一系列处理后产生硬件保护信号，该硬件保护信号经接口直接送给FPGA，模拟量信号经接口送给模数转换器后转换为数字信号，并将该数字信号送给FPGA，FPGA将该数字信号送给主定点DSP和浮点协DSP，主定点DSP根据接收到的数字信号产生开关控制信号，并将产生的开关控制信号送给FPGA，FPGA将接收到的开关控制信号送给开出单元进行电平转换后驱动继电器动作，浮点协DSP根据接收到的数字信号产生PWM脉冲并传送给FPGA。
定点主DSP通过RS485、以太网或CAN总线接口与上位机或人机界面建立通信，获取控制命令和参数，并实时上传变流器的运行信息。
以上实施例仅为说明本实用新型的技术思想，不能以此限定本实用新型的保护范围，凡是按照本实用新型提出的技术思想，在技术方案基础上所做的任何改动，均落入本实用新型保护范围之内。
Claims (5)
1.通用于大功率储能变流器和光伏逆变器的控制单元，其特征在于：包含主控制板、模拟量板和接口，所述主控制板包含定点主DSP、浮点协DSP、FPGA、双口RAM和通信接口单元，还包含分别与FPGA连接的模数转换器、光脉冲触发器以及开入开出单元，所述定点主DSP连接通信接口单元，定点主DSP分别经FPGA和双口RAM与浮点协DSP连接；所述模拟量板包含模拟信号处理单元，模拟信号处理单元经接口分别与FPGA和模数转换器连接。
2.根据权利要求1所述通用于大功率储能变流器和光伏逆变器的控制单元，其特征在于：所述模拟量板还包含第一电源变换单元，第一电源变换单元连接电源，所述主控制板还包含第二电源变换单元，第一电源变换单元为模拟量板供电并通过接口与第二电源变换单元连接，第二电源变换单元为主控制板供电。
3.根据权利要求1所述通用于大功率储能变流器和光伏逆变器的控制单元，其特征在于：所述模拟信号处理单元包含依次连接的采样电阻、共模滤波电感、TVS、阻容滤波电路和隔离运算放大器，隔离运算放大器的输出端经箝位和滤波电路与比例调节电路连接，隔离运算放大器的输出端还经绝对值电路与比较器的输入端连接，比较器的输出端连接整形电路。
4.根据权利要求1所述通用于大功率储能变流器和光伏逆变器的控制单元，其特征在于：所述通信接口单元包含分别与定点主DSP连接的CAN总线接口、以太网接口、RS485接口。
5.根据权利要求1所述通用于大功率储能变流器和光伏逆变器的控制单元，其特征在于：所述定点主DSP还分别连接了第一单口RAM和串行通信接口，所述浮点协DSP还分别连接了第二单口RAM和Flash存储器。
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